基于ADAMS的装载机工作装置开发

由 ! " %! " %! " 式联立可解得 5) %5+ %( # ! < + 和设计变量 2) %2+ %( 的关联性 # )
$ $ " *# 1 ’# " H =7 ( ’ 3! , ’ =＿ ( , ’ =＿ 0 , ’ =＿ % " P 2( $ $ " ( 1 7 ( ’ 3! , ’ =＿ 0 , ’ =＿ % , ’ =＿ # < = # ’ " H 22 ’ " P %#
N 1 G 1 ’ , 5 1 + , . ’ , * 2 1 0* + + * ) 6 5 1 +/ * 7 1 2, -% N % # R &
#1 RS 4 5 6 @ . 6 B 2I a @ 7 . 6 7 g [ 9
装载机工 作 装 置 设 计 中 应 用 比 较 广 泛 的 方 法 是基于机 械 系 统 动 力 学 软 件 3 3+? 环 境 # 对 装 载机工作 装 置 中 各 主 要 杆 件 进 行 参 数 化 # 创 建 装 载机工作 装 置 的 虚 拟 样 机 优 化 模 型 $ 该 方 法 具 有 计算精度高 % 结 果 的 提 取 和 存 储 简 便 等 优 点 # 但 由于装载机 约 束 条 件 较 多 # 各 目 标 变 量 ! 如平移 性和自动放 平 性 " 要 求 相 互 矛 盾 # 工 作 连 杆 机 构 铰点数较多 # 造 成 计 算 量 较 大 # 难 以 得 到 完 全 满 足设计要求的解 $ 另外 # 装 载 机 制 造 厂 家 为 扩 充 产 品 适 应 性 # 往往需要 在 现 有 产 品 平 台 上 设 计 满 足 不 同 使 用 需 求的变 型 产 品 # 且 要 求 车 架 % 摇 臂 % 铲 斗 % 翻 斗 油缸等结 构 件 与 现 有 产 品 通 用 # 设 计 开 发 难 度 更 大 $ 本文 利 用 3 3+? 用 户 子 程 序 编 制 新 函 数 # 创建装载 机 工 作 装 置 连 杆 机 构 参 数 优 化 模 型 # 将 设计变量数目减少到 & 个 # 使工作装置设计通用性 更好 # 计 算 量 更 少 # 可 广 泛 应 用 于 高 卸 % 夹 钳 等 变型产品设计中 $
表 @! 初始模型和高卸模型性能参数对比 初始模型 卸高’ ;; 卸距’ ;; 卸料角’ ! " P 自动放平角’ ! " P 举升过程中最大收斗角 ’ ! " P 平移性’ ! " P < # ! " # # ! " =& % =! % ( $ & # " $ ! 满足 满足 满足 高卸模型 < % " " # # # ! =& % =" $ ! 0 ! $ # # < $ % 满足 满足 满足
= < @! 确定设计约束条件 设计变量的 任 何 一 组 值 $ 都 是 一 个 设 计 方 案 $ 所谓 ( 最 优 设 计) 实 际 是 满 足 某 些 设 定 限 制 条 件 的最佳设计方案 $ 这些限制总称为 ( 设计约束 ) # 根据装载机的 工 作 条 件 $ 在 3 3+? 环 境 下 $ 从以下方面对优化模型进行约束 # ! " 传动角约束 # # 为了提高 传 动 效 率 $ 防 止 机 构 锁 死 $ 要 求 在 之 整个运动过程 中 $ 各 构 件 间 传 动 角 在 # " P ’ " P !# 间变化 # 建立传动角的约束条件如表 # 所示 #
2+ %( ) %’ ) $ 大大提高计算效率 #
= < =! 确定目标函数 目标 函 数 是 设 计 所 追 求 目 标 的 函 数 表 达 式 $ 根据优化目标 $ 寻 求 铲 斗 自 动 放 平 性 的 最 优 方 案 # 自动放平 是 指 在 动 臂 举 升 到 最 大 卸 载 高 度 以 及 在 规定的卸 料 角 卸 料 的 前 提 下 $ 卸 料 后 无 需 调 整 转 斗油缸 即 可 保 证 转 斗 能 够 自 动 放 平 到 初 始 位 置 $ 这样可以极大提高标准作业的工作效率 # 优化 设 计 的 目 标 函 数 为 9 ’’ C @ D 1 0 ! ’ O ! ＿ " " $ 其 中 ! ＿ " 是 运 动 ,’ = ( =0 H ’ O ,’ = ( 过程中铲斗底部与水平面夹角的瞬时值 #
1 ’ 2( ( 1 22 5 2 24
出 $ 设计出的 高 卸 模 型 满 足 设 计 要 求 $ 设 计 结 果 仅仅 改 动 动 臂 和 拉 杆 $ 摇 臂 & 铲 斗 & 车 架 和 翻 斗 油缸都可以与现有产品通用 %
根 据 以 上 条 件$ 在 b ], , 环 境 中 编 写 + a @ C E 6 ( $ ] 文件 $ 求 解 ( 3+? 8 + + 值$ 并 生 成 3 需要的 + $ 在运行 3 & a @ C E 6 ( $ J D D 3+? b 6 B X时 8 + 输入该文件 $ 就 可 以 在 M Z 7 Q H 6 C 7* Z 6 D J B F对 话 框 中 使用自定义函数 + a @ C E 6 ( 8 +# 通过以 上 方 法 $ 可 以 在 装 载 机 工 作 装 置 连 杆 机构优化分析时 $ 将设计变量减少到 & 个 $ 即 2) %
图 @! 创建传感器 " # $＿ % & ’＿ B
! " 最大卸载高度和最小卸载距离约束 # < 最大卸载高度约束创建如下 ’
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上半月刊 " ! " # " $ " %!
" < % " "=2+ ! ,’ =＿ # # 最小卸载距离约束创建如下 # " # # " ",2) ! ,’ =＿ # # 保证最大卸料高度不 小 于 < % " " ;;$ 最 小 卸 料 距离大于 # # " " ;;% ! " 卸载角约束 % & 建立约束条件 & $保证卸 % H=’ O ! ,’ =＿ (" 载角不小于 & % % P " 转斗油缸稳定性及结构约束 % ! % 考虑转 斗 油 缸 的 稳 定 性 时 $ 要 求 油 缸 最 大 长 度和最小长度之比不小于 # $ 0$ 且 最 小 长 度 应 符 合 油缸设计规范 % # $ 0L , 7 - ! B 5- ＿ 5 4" = ,’P ! B 5- ＿ 5 4" B 5- ＿ 5 4 为运动过程中翻斗油缸的长度 % % " "=!L , 7 - ! B 5- ＿ 5 4" , ,’P ! B 5＿ " 5 4 % " " 为油缸设计规范中油缸的最小结构长度 % 此外$ 根 据 用 户 使 用 要 求$ 还 有 靠 挡 块& 任 意位置卸料 & 等约束要求 % % P = < 9! 设计结果 将 2) &2+ &( ) 和 ’) 作 为 设 计 变 量 $ 通 过 计 算分析得到计算结果 $ 如表 ! 和表 < 所示 % 可以看
表 8! 各传动角的约束条件
5 2 已知 $ 可 以 将 设 计 变 量 减 少 为 2) %2+ %( )$ 通过下列关 系 式 建 立 5) %5+ %( + 和 设 计 变 量 2) % 2+ %( ) 的关联性 #
! ! ( 2 ( =! 2) =( )" + e2 += +
! " #
因 ( 点在 2 点下方 $ 故取负号 #
表 =! 初始模型和高卸模型参数对比 初始模型’ ;; # ! < & % 0 ’ : ( # " # # # ! # < # & # % # 0 # ’ 高卸模型’ ;; # # # % $ ! # ! ( & $ 0 ( # & $ % # ’ & 0 $ < 由 2) &2+ &] V 确定 不变 由 ’) 确定 不变 不变 不变 不变 不变 不变 不变 不变 # ! < & % 0 ’ : (
基于 % N % # R 的装载机工作装置开发
魏加洁，朱艳平
（徐州工程机械科技股份有限公司，江苏 ! 徐州 !! ） ! # " " " ! 摘要 " 3+ ? 环境 # 对 装 载 机 工 作 装 置 中 各 主 要 杆 件 进 行 参 数 化 # 创 建 ! 基于机械系统动力学软件 3 装载机工作装置的虚拟样机优化模型 $ 在 保 证 翻 斗 油 缸 % 车 架 % 摇 臂 等 结 构 不 变 的 情 况 下 # 减 少 设 计 变 量 参数数目 # 以工作连杆机构的平移性和自动 放 平 性 能 为 目 标 进 行 优 化 设 计 # 使 工 作 装 置 设 计 通 用 性 更 好 % 计算量更少 % 设计质量更高 # 可广泛应用于高卸 % 夹钳等变型产品设计中 $ ! 关键词 " ! 装载机 & 工作装置 & 机械系统动力学 & 优化设计 ! 中图分类号 ") 文献标识码 "*!! ! 文章编号 "# $ & ! ! $ <!! ! " " # . % % & /# ! " # " " % . " " ( < . " &
$ $ " *# 5 2# " H =7 ( ’ 3! , ’ =＿ # < , ’ =＿ # 0 , ’ =＿ < " P 24 $ $ " 5 2 7 ( ’ 3! , ’ =＿ # < , ’ =＿ # 0 , ’ =＿ < = # ’ " H 24 ’ " P %#